金属氟化物（MF）转换型正极在理论上比镍基或钴基插层氧化物正极具有更高的重量和体积容量，这使得金属氟化物−锂电池有望成为下一代高能量密度电池的候选材料。然而，过渡MF正极的低容量利用率、大电压滞后以及较差的循环稳定性等缺点，给其高能特性蒙上了一层阴影。造成这一现象的原因主要是因为其反应动力学差、电导率低、MF/电解质界面的以及循环过程中活性物质的溶解等。

有鉴于此，中科大余彦教授，上海大学陈双强教授，中南大学吴飞翔教授报道了通过对含Co的金属有机骨架（MOF）进行高温碳化并通过NF₃气体进行有效的低温氟化，成功地合成了具有MOF形状的CoF₂@C复合材料。这种复合设计实现了纳米CoF₂纳米颗粒（5∼20 nm）的纳米限域，并在结构中形成了有效的混合导线。

文章要点

1）三维骨架中超细的颗粒尺寸、交联的碳网络和相互连接的纳米孔提供了有效的Li⁺/e⁻传输通道，缩短了扩散路径，有利于转化反应的动力学。此外，石墨碳壁作为CoF₂的保护层可以抑制活性物种的溶解，骨架内CoF₂纳米颗粒周围的空隙可以缓解体积变化的不利影响。

2）实验结果显示，所制备的CoF₂@C复合正极具有较高的容量利用率（0.1 C时为554 mAh g^-1，0.2 C时为472 mAh g^-1）、良好的倍率性能（高达2 C），以及在1.5 mg cm^-2的有效质量载荷下，具有长期循环稳定性（400次循环中的平均容量保持率为95%），优于以往的文献报道数据。

总而言之，该研究不仅报道了一种简单的复合设计策略来实现具有高性能的CoF₂−Li电池，而且有望为许多其他金属氟化物−锂电池提供通用的解决方案。

参考文献

Feixiang Wu, et al, Metal−Organic Framework-Derived Nanoconfinements of CoF₂ and Mixed-Conducting Wiring for High-Performance Metal Fluoride-Lithium Battery, ACS Nano, 2020

DOI: 10.1021/acsnano.0c08918

https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c08918